王學(xué)松 楊紅義 丁光亮 劉天才

摘? 要：基于參數(shù)化的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)以建立完整、規(guī)范的反應(yīng)堆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)體系為目標(biāo)，囊括了總體、堆芯、結(jié)構(gòu)、力學(xué)等專業(yè)，對(duì)不同堆型設(shè)計(jì)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、智能化，以參數(shù)驅(qū)動(dòng)流程，解決反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)過(guò)程中專業(yè)內(nèi)部、專業(yè)之間以及不同設(shè)計(jì)層面上的協(xié)同與管理;實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法、工具、數(shù)據(jù)的集成化、模板化應(yīng)用;實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中信息資源共享、知識(shí)積累與重用，為類似型號(hào)設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，從而全面提升反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化? 協(xié)同設(shè)計(jì)? 標(biāo)準(zhǔn)化? 規(guī)范化 智能化

中圖分類號(hào)：TL37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（b）-0058-05

Abstract： Based on parametric Reactor Engineering Collaborative Design System to establish acomplete， standardized reactor standard design system as goal， includes general， core， structure， mechanics and other professional. The design process of different reactors is standardized， normalized and intelligentized to driveprocess parameters， to solve the coordination and management within， among and at different design levels in the reactor engineering design process. The application are realized for the integration and template of designmethods， tools and data. Information resource sharing， knowledge accumulation and reuse are realized in the design process to provide experience for similar type design， so as to comprehensively improve the quality and efficiency of reactor engineering design.

Key Words： Parameterized;Collaborative design;Standardization; Normalization;Intelligence

反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)涉及專業(yè)眾多，各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)重點(diǎn)不同[1]，許多關(guān)鍵參數(shù)和性能指標(biāo)往往需要多學(xué)科、多專業(yè)之間開展多輪迭代設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程需要多學(xué)科、多系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員共同參與，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)新的核反應(yīng)堆通常是一個(gè)漫長(zhǎng)、耗費(fèi)巨大的過(guò)程[2]。目前，中國(guó)反應(yīng)堆研發(fā)設(shè)計(jì)正在向“批量化建造的設(shè)計(jì)能力，形成品牌”的方向轉(zhuǎn)型[3]，但是在反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)劃調(diào)整頻繁、任務(wù)密集、參與人員眾多、組織協(xié)調(diào)機(jī)制復(fù)雜等現(xiàn)象，造成人員溝通不暢、信息反饋零散滯后、知識(shí)重用率低、進(jìn)度難以保障等問(wèn)題。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，原子能院設(shè)計(jì)信息化水平不斷提升，建立了以參數(shù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)流程進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，確保各種設(shè)計(jì)活動(dòng)按照規(guī)范的流程開展，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同管理[4]，提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期[5]，解決了上述問(wèn)題。本文分析了反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能架構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用場(chǎng)景。

1? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)涉及多個(gè)專業(yè)，專業(yè)間耦合關(guān)系較為復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的協(xié)同設(shè)計(jì)，必須根據(jù)反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)及當(dāng)前的研發(fā)條件，構(gòu)建面向產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，規(guī)范反應(yīng)堆工程研發(fā)設(shè)計(jì)流程，確保研發(fā)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)按照規(guī)范的格式產(chǎn)生、流轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)，形成產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量控制的數(shù)字化手段，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）任務(wù)流程一體化管理模塊。

以任務(wù)為核心，將反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)過(guò)程流程化、數(shù)字化、規(guī)范化，通過(guò)執(zhí)行顯性化流程來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程，提高反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理水平。

（2）專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

集成常用商業(yè)軟件和自研軟件的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境，封裝了堆芯、堆本體等專業(yè)設(shè)計(jì)工具、行業(yè)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成適用于不同堆型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為反應(yīng)堆工程工程設(shè)計(jì)提供便捷、準(zhǔn)確、高效的設(shè)計(jì)手段，降低迭代成本，提高設(shè)計(jì)仿真效率。

（3）過(guò)程數(shù)據(jù)管理。

對(duì)反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的性能參數(shù)、三維模型、管道布置圖、可行性報(bào)告等過(guò)程數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的操作和過(guò)程進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)可追溯以及數(shù)據(jù)的積累和固化。

（4）知識(shí)管理系統(tǒng)。

把反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的大量設(shè)計(jì)文件以及設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、心得體會(huì)固化到系統(tǒng)中，開發(fā)知識(shí)推送和知識(shí)搜索的功能，把知識(shí)與具體的研發(fā)活動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享和傳承。

（5）系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成。

集成與項(xiàng)目管理系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)，解決“數(shù)據(jù)孤島”，打通管理與業(yè)務(wù)之間、業(yè)務(wù)與流程等通道。

2? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以反應(yīng)堆設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)，針對(duì)不同堆型的研發(fā)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程，在各種數(shù)字化設(shè)計(jì)工具及相關(guān)信息化應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)工程中間件技術(shù)（過(guò)程中間件、數(shù)據(jù)中間件、工具中間件），建立對(duì)應(yīng)堆型的工作流和信息流，打通項(xiàng)目（任務(wù)）管理、流程管理、專業(yè)設(shè)計(jì)工具、數(shù)據(jù)管理及知識(shí)管理等各個(gè)系統(tǒng)之間的交互環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。其設(shè)計(jì)思路具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（如圖2所示）。

（1）設(shè)計(jì)方法、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則、規(guī)范同工程軟件相融合。

對(duì)現(xiàn)有的大量設(shè)計(jì)分析商業(yè)軟件及自研程序進(jìn)行封裝，從而定制成為經(jīng)驗(yàn)化的工程模板，將現(xiàn)有的大量反應(yīng)堆設(shè)計(jì)各專業(yè)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、操作流程、操作方法進(jìn)行固化，通過(guò)軟件封裝的方式實(shí)現(xiàn)工程軟件與方法的融合。經(jīng)過(guò)組件化的封裝，構(gòu)建面向?qū)W科類型的工具升華成面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專業(yè)分析包，使研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)據(jù)能夠形成有效的流動(dòng)，更容易實(shí)現(xiàn)各學(xué)科之間的耦合分析與優(yōu)化，需要把諸如UG、CATIA等各種工具進(jìn)行有效的整合，將原本彼此孤立的工具軟件形成一個(gè)有機(jī)整體，形成研發(fā)數(shù)據(jù)輸入輸出的中樞，打通各個(gè)工具軟件之間的數(shù)據(jù)通道，以有效提高研發(fā)效率，降低成本。

（2）研發(fā)流程管理。

構(gòu)建反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)流程管理體系，對(duì)流程進(jìn)行嚴(yán)格的管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)流程的耦合與協(xié)同，對(duì)業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，并保證知識(shí)和業(yè)務(wù)的緊密關(guān)聯(lián)，從而能夠描述實(shí)時(shí)的項(xiàng)目狀態(tài)、資源利用、流程進(jìn)展、數(shù)據(jù)狀態(tài)，統(tǒng)籌項(xiàng)目資源與進(jìn)度，提高工作效率，增強(qiáng)用戶間協(xié)同;保證設(shè)計(jì)參數(shù)的可追溯性和時(shí)效性，在完全可控的環(huán)境下關(guān)聯(lián)上下游數(shù)據(jù)，并確保每個(gè)流程節(jié)點(diǎn)的流程數(shù)據(jù)一致;使企業(yè)決策者能夠快捷、有效地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控，隨時(shí)掌握項(xiàng)目進(jìn)度及情況;保證在流程執(zhí)行過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行知識(shí)查詢，并支持將研發(fā)過(guò)程數(shù)據(jù)添加到知識(shí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)固化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)專家經(jīng)驗(yàn)的繼承和重用，使快速設(shè)計(jì)迭代成為可能，并從根本上解決了“產(chǎn)品設(shè)計(jì)個(gè)性化需求與商業(yè)軟件產(chǎn)品通用性之間的矛盾”。

（3）多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。

將反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)不同階段需要的設(shè)計(jì)工具、人力資源、信息數(shù)據(jù)形成一個(gè)有機(jī)的整體，打通反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，采用流程模式與數(shù)據(jù)中心模式相結(jié)合，從系統(tǒng)性能最優(yōu)的角度實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、跨專業(yè)的分布式協(xié)同化設(shè)計(jì)。避免大量的重復(fù)性建模、分析等工作，同時(shí)還可以通過(guò)構(gòu)建協(xié)同任務(wù)管理和協(xié)同流程管理系統(tǒng)，按照自頂向下、任務(wù)計(jì)劃驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)反饋的思想，將反應(yīng)堆型號(hào)研制人員產(chǎn)生的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、匯總、統(tǒng)計(jì)，以多視圖形式進(jìn)行全局展示，提高頂層管控能力，為反應(yīng)堆設(shè)計(jì)決策提供科學(xué)參考。

（4）知識(shí)管理和應(yīng)用。

對(duì)于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的大量專家經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法以及各專業(yè)的自研程序的開發(fā)規(guī)范、商業(yè)軟件操作說(shuō)明、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等知識(shí)按照一定的規(guī)則進(jìn)行抽象和管理，同時(shí)在專業(yè)設(shè)計(jì)流程使用過(guò)程中通過(guò)相應(yīng)知識(shí)與設(shè)計(jì)模板的交互，實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理與具體的設(shè)計(jì)活動(dòng)相結(jié)合，能夠方便地把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)等封裝到專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，也可以根據(jù)當(dāng)前的工作語(yǔ)境主動(dòng)、智能地推送滿足符合度的設(shè)計(jì)知識(shí)，使得知識(shí)與設(shè)計(jì)形成良好互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享、分發(fā)，真正做到知識(shí)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，使反應(yīng)堆設(shè)計(jì)能力得以持續(xù)積累和持續(xù)提高。

3? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的上下游顯性化傳遞;通過(guò)梳理不同堆型的業(yè)務(wù)流程，對(duì)各專業(yè)設(shè)計(jì)流程中用到的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行梳理和標(biāo)準(zhǔn)化，建立流程模型并將其封裝為設(shè)計(jì)模板，從而形成適用于不同型號(hào)的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)。下面以反應(yīng)堆堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 設(shè)計(jì)流程建模

用戶首先梳理反應(yīng)堆堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)流程并將其細(xì)分，整理出該流程中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、輸入輸出關(guān)系和專業(yè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的公式、算法、自研軟件、商業(yè)軟件，以及該設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟，在反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)中搭建流程模型，采用手動(dòng)或自動(dòng)的方式，對(duì)各子流程之間參數(shù)傳遞關(guān)系進(jìn)行映射，以紅色線條標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)間前后執(zhí)行順序，藍(lán)色線條標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)與設(shè)計(jì)模板進(jìn)行一一匹配，具體步驟如下。

（1）首先梳理堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)輸入輸出參數(shù)、堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)輸入輸出參數(shù)（二環(huán)路傾斜式提升機(jī)）、堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)輸入輸出參數(shù)（二環(huán)路直拉式提升機(jī)）、堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)輸入輸出參數(shù)表（三環(huán)路傾斜式提升機(jī)）、堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)輸入輸出參數(shù)（三環(huán)路直拉式提升機(jī)）。

（2）梳理準(zhǔn)備堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)所需的計(jì)算公式。

φgdpb=堆頂固定屏蔽直徑=標(biāo)高Hbg12處提升機(jī)接管的最大外接圓直徑+1000

（3）根據(jù)業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行步驟建立可執(zhí)行流程，如圖3所示。

3.2 設(shè)計(jì)模板封裝

根據(jù)前期梳理的堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)流程準(zhǔn)備設(shè)計(jì)模型，借助平臺(tái)提供的支撐專業(yè)方法體系梳理和管理的模板封裝環(huán)境，通過(guò)使用組件庫(kù)、GUI界面編輯器、參數(shù)表等組件，將堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)流程進(jìn)行固化和封裝，形成一個(gè)能與外部文件、程序、函數(shù)、工具、軟件實(shí)現(xiàn)集成交互（包括數(shù)據(jù)與操作的交互）、知識(shí)推送的工程模板，具體步驟如下。

（1）根據(jù)堆頂固定屏蔽上、下平面標(biāo)高確定模型位置，創(chuàng)建草圖，旋轉(zhuǎn)得到堆頂固定屏蔽實(shí)體。

根據(jù)泵支承、IHX支承、DHX支承及提升機(jī)接管等相關(guān)位置及結(jié)構(gòu)尺寸，創(chuàng)建草圖，用“凹槽”命令在堆頂固定屏蔽實(shí)體上挖孔，得到堆頂固定屏蔽模型。

根據(jù)堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)步驟流程，并利用集成開發(fā)系統(tǒng)提供的模板封裝組件功能，進(jìn)行參數(shù)、公式、模型的集成封裝。

通過(guò)對(duì)堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)、公式、模型的封裝，設(shè)計(jì)出交互式GUI界面，固化為堆頂固定屏蔽設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)模板，如圖4所示。

4? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用驗(yàn)證

以反應(yīng)堆堆本體布置模型為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明基于參數(shù)化的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)堆本體布置業(yè)務(wù)流程下發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)，制定各子流程之間參數(shù)傳遞關(guān)系，任務(wù)承擔(dān)部門細(xì)化具體的設(shè)計(jì)活動(dòng)，分配給符合子任務(wù)設(shè)計(jì)資質(zhì)要求的設(shè)計(jì)人員;設(shè)計(jì)人員核對(duì)并接受任務(wù)，提取設(shè)計(jì)輸入信息，調(diào)用對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)模板，利用模板封裝的GUI交互界面，快速進(jìn)行交互迭代計(jì)算，計(jì)算結(jié)束后將數(shù)據(jù)上傳，審核通過(guò)后自動(dòng)推送到下游任務(wù)。依次類推，根據(jù)堆本體設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程調(diào)用已封裝的設(shè)計(jì)模板，快速生成堆本體布置模型，其應(yīng)用過(guò)程如圖5所示。

5? 結(jié)語(yǔ)

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)以業(yè)務(wù)流程為主線，以參數(shù)驅(qū)動(dòng)流程，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和追溯，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中流程貫通、數(shù)據(jù)共享、知識(shí)流轉(zhuǎn)、協(xié)同執(zhí)行等;對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)單元進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)通過(guò)模型關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)流集成建立統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，自動(dòng)保證上下游模型之間的緊密關(guān)聯(lián)，上游方案的更改將自動(dòng)更改下游模型，實(shí)現(xiàn)快速迭代，從而可以在短時(shí)間內(nèi)形成多種方案;對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的積累和重用，提升人才培養(yǎng)速度;集成PDM、IPDPM等信息化系統(tǒng)，建立全生命周期設(shè)計(jì)管理體系，從而大幅度提升反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

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